宇宙萬物都是由原子構成的,包括你我的身體。原子是一切事物的基礎,許多原子組合在一起可以形成分子,分子又可以形成大分子,然后形成更復雜的細胞,而細胞是生命體不可或缺的基本單元。比如說,你的身體大約擁有75萬億個細胞,你我都是一個復雜的細胞集合體。
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人體是一個非常復雜的生命系統,但其實也很簡單:因為我們都是無數原子的堆積,人體中大約包含的原子數量為10^28個,這是一個很難想象出來的龐大數據。而全太陽系中的原子數量大約為10^57,不要憑直覺認為這個數據并不是很大,那只是你的觸覺而已。
數量如此龐大的原子都是如何產生的?其實你我身體內的每一個原子都深藏著“宇宙奧秘”,因為這些原子可以一直追溯到宇宙的誕生之初,宇宙大爆炸的時刻。
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我們都知道,如今的主流理論認為我們的宇宙源自于138億年前的一次“大爆炸”(當然不是我們平時說的爆炸,而是急劇膨脹)。在宇宙大爆炸初期,宇宙中并不存在任何物質,只有純能量并且以真空勢能的形式存在。在大爆炸發生后的一瞬間(大約10^-36秒)宇宙開始暴漲,然后暴漲瞬間結束,最基本的物質開始出現,熾熱的宇宙中出現了膠子夸克等粒子湯。
由于宇宙初期的溫度密度過高,根本無法形成更重的元素。
隨著宇宙的急劇膨脹,溫度密度開始迅速下降,在很短的時間過后(也就一秒鐘),膠子和夸克形成了更穩定的中子和質子,這是決定性的時刻,意味著如今我們看到的物質開始進入萌芽階段。
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但是此時的中子和質子并不能形成原子核,因為宇宙初期的輻射強度非常高,即使有形成氫原子核,幾乎瞬間就會被電離!
在接下來的幾分鐘時間里,宇宙進一步冷卻,最終才形成了原子核,最開始是氫,然后是氦,其中這里面大部分都是氫原子核,占據了大約90%。
但僅僅是原子核而已,并沒有形成真正的原子(中性原子)。中性原子的出現經歷了漫長時間,大約38萬年,如此漫長的時間里宇宙因加速膨脹而繼續冷卻,冷卻到一定程度,原子核終于能夠捕獲電子然后結合在一起。
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中性原子的出現又是一個見證歷史的時刻,讓宇宙有了質的變化,因為這意味著“滾燙熾熱”的粒子湯宇宙開始變得透明起來,如此一來光子就可以自由地在宇宙中傳播,宇宙中的第一縷光也呈現出來,而這這縷光其實就是“微波背景輻射”,也被稱為“宇宙大爆炸的余暉”,如今仍舊能被我們感知到,只不過經歷138億年前的傳播,能量已經變得很低,早已稱為微波。很多人小時候看黑白電視沒有信號時出現的雪花狀畫面,其實就是“大爆炸余暉”(微波)的干擾造成的。
但即使有光的自由飛行,在接下來的很長一段時間里,宇宙仍舊是一片黑暗,因為當時的宇宙充滿了大量的氣體云,而這些氣體云也慢慢地開始發生重要變化!
這一切都是因為萬有引力的存在。當時的宇宙里,氣體云的密度溫度分布并不均勻,有些地方密度高而有些地方密度低。而密度稍高的氣體云引力更大,會吸引更多的氣體云,密度會越來越大,結果就像滾雪球一樣。當溫度和內部壓力達到某個臨界點,一個宇宙演化史上至關重要的節點出現了!
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氣體云開始向中心急劇坍縮,核聚變開始了,宇宙第一顆恒星就此誕生了,而在此之前,宇宙經歷了長達一億年的黑暗時期。恒星的形成終于打破了這種黑暗,宇宙開始變得明亮起來。
在恒星最核心區域,原子再次被電離,失去了電子,處于粒子湯狀態。氫原子核不斷發生核聚變,聚合成氦,當氫燃料耗盡時,氦核會接著發生核聚變,聚變成更重的元素,比如碳,氧等。
質量較大的恒星的內核會一直發生核聚變,但到鐵元素就停止了,因為鐵元素的比結合能最大。比鐵更輕的元素在核聚變時會釋放能量,而鐵核聚變不但不會釋放能量,反而需要吸收能量,而通常情況下沒有足夠的能量讓鐵繼續聚變下去,所以核聚變到鐵就停止了。
而一旦停止了核聚變,核聚變產生的向外的壓力和恒星的萬有引力之間的平衡就會被打破,萬有引力占據絕對上風,于是恒星開始向內急劇坍縮,這也是恒星死亡的時刻。
向內坍縮的過程中,龐大的物質撞擊恒星內核,瞬間產生巨大能量,這些能量足以讓核心的鐵元素繼續聚合成更重的元素,而這種聚合過程通常都是一瞬間完成的。
而在恒星外圍物質撞擊內核的一瞬間,產生了向外的巨大反作用力,這種反作用力又把外層物質猛烈地拋灑到浩瀚星際空間,場面非常壯觀,這就是超新星爆發,伴隨著超級巨大的能量噴發。
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被拋灑到星際空間的物質,又稱為下一代恒星和行星的原材料。如此不斷循環下去。而科學家們認為,如今我們看到的恒星(包括我們的太陽)都不是第一代恒星,而是第二代甚至第三代恒星。
恒星的這種死亡然后再新生的過程不斷在宇宙中循環上演,在這個過程中,豐富的星際介質元素充滿了宇宙中的每個角落,這些元素在引力的作用下逐漸演化出我們如今看到的豐富多彩的世界。
當然,在銀河系的“郊區”,一個很不起眼的偏遠角落里,也上演著同樣的事情,那就是我們的太陽系和地球,還有地球上的生命以及人類所有的故事,都在那里上演。
所以,嚴格來講,你我都是恒星死亡后的“核廢料”,這些“核廢料”中包含了如今我們知道的所有元素,這些元素在之后的漫長演化中發生了復雜的化學反應,也組建成了更復雜的分子,乃至細胞結構,這些結構是生命的基本組成單元,這些單元又通過復雜的不同結構組合,形成了豐富多彩的生命世界,包括我們人類自己。
所以,到這里你或許應該明白了,你身體里的每個原子,都有著非常壯觀的故事,都可以追溯到138億年前的那次大爆炸!而原子的這種故事仍舊會一直持續下去,不斷在宇宙中上演著各種奇跡!
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